交流异步电动机的变频调速技术

摘要:近些年来,随着经济的发展以及科技的进步,电气传动领域的技术也得到了很大程度的革新。特别是交流异步电动机变频调速技术的不断发展以及完善,使得交流电动机调速系统的性能得到了很大的优化,并且被广泛的应用到了社会生产的各个领域。本文通过对交流异步电动机的变频调速技术原理以及方法的研究,在分析其发展现状的基础上介绍了变频调速技术的具体应用。

关键词:异步电动机;变频调速;调速方式

中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0023-02

电动机是进行工业、农业生产的一种重要工具,它能够将电能转变成为机械能从而满足生产的需要,也因此被广泛的运用到社会生产的各个领域。一般来讲,电动机可以分为直流电机与交流电机,只是近年来随着技术的发展以及直流电机固有的缺点,人们对交流电机的运用更为广泛。但是交流电机相对直流电机来说在调速方面有着一些困难,所以变频调速技术也就应用而生。随着交流传动电动机调速理论研究逐步突破以及调速装置(主要为变频器)性能的完善,交流电动机调速系统的缺点(性能较差)已经基本得到了克服。目前,交流调速系统的性能已经可以与直流系统相媲美,甚至可以超过直流系统。不仅使交流调速系统控制装置体积小,效率高,而且还更容易实现各种功能复杂但在结构上简单的控制方案,更加充实和推动了变频器理论的进一步发展。

一、交流异步电动机的变频调速技术概述

(一)交流异步电动机特点概述。交流异步电动机是在现今社会经济条件下运用最为广泛的一种动力机械,其承载着工业生产以及农业生产等重要的任务。但是作为一种机械设备,由于其特定的结构以及性能也有着属于自身的使用特点,具体来讲如下:

1.交流异步电动机使用优点。在电动机中主要有直流电动机与交流电动机,而交流异步电动机作为交流电动机的一种,具有自己明显的运用优势。首先,它具有简单的结构,并且功能齐全,可靠性高;其次,在其内部,控制器可以自成系统,也就使得软件功能完善灵活;再次,其控制功能全面精确,使用寿命长;最后,它在工作的过程中拥有着较高的工作效率,并且机器本身的重量也轻,通用性强,具有较低的运行成本。

2.交流异步电动机使用缺陷。虽然说,通过上面的分析我们可以看出交流异步电动机有着很多的运行优势,但是不可避免的它还是有着自身的一些缺点。其中调速性能差是其主要的缺点。它不能够像直流电动机一样进行灵活简单的调速,而是由于其工艺要求,需要一定的电动机调速上场合。所以,很多时候人们也往往因为交流异步电动机这样的一个缺点,会选用直流电动机来进行作业,或者是运用新的技术,来让交流异步电动机的运行能够进行符合其工艺要求的调速。当然这时候,交流异步电动机变频调速技术也就应用而生。

(二)交流异步电动机变频调速技术概述。变频调速技术是一种有效的交流异步电动机的调速技术,其是随着变频装置的出现而慢慢的发展起来的。并且随着电力电子技术以及微电子技术的不断深入发展,其技术也得到了很大的几进步,几乎可以跟直流电机的调速技术相媲美。具体来讲,变频调速技术有着下面的一个特点。

1.变频调速技术使用优点。在交流异步电动机中,使用变频调速技术主要有下面的一些优势:首先,变频调速相对于普通调速具有平滑性好、效率高的优点,并且在电动机处于低速运动的时候,其稳定性也好;其次,在调速的过程中范围比较大,并且使用时候的精确度也相对来说比较高;再次,在变频调速中由于其在电机启动的过程中所需要的电流比较低,所以具有比较明显的节电效果;最后,整个变频调速技术自动化程度高。

2.变频调速技术使用缺陷。跟所有的调速技术一样,虽然变频调速技术有着很多的优点,但是不可避免的也会出现一些缺陷。首先,由于变频调速技术的电流中含有很多的高次谐波,一方面会对电网造成污染,另一方面还能够对电机造成损耗,使得电机发热;其次,变频调速技术需要专用的变频电源,所以在造价方面就比较高,而且投资的回收期也相对来说比较长,技术复杂。

二、交流异步电动机变频调速技术发展方向

在现今的社会中,随着技术的不断发展以及科技的进步,变频调速技术也得到了长足的发展。作为变频调速技术的承载者变频器应该适应技术发展的趋势,不断的进行自身的完善,从而让整个变频调速技术更加现代化,更加灵活化。下面是变频调速技术的发展方向:

(一)向网络智能化发展。智能化是现金社会发展的一个主流方向,不管是小到手机等通讯工具还是大到电动机等机械设备,都在向网络智能化的道路上行走。而变频技术也应该适应这样的一个发展,能够免去那么多的设定,从而实现故障自我诊断以及部件的自动更换等等,并且在此基础上不断的延长变频器的寿命。

(二)向专门化一体化发展。专门化的研究与制造能够使得设备的性能更强,也能够使得技术更加先进。所以对于交流异步电动机来说也应该走专门化的发展道路。专门就某个领域进行变频器的研究,强化其性能,提高其技术。当然除此之外,还应该让变频器与电动机逐渐的一体化,让变频器成为电动机的一部分,从而更好的进行控制。

(三)向环保无公害的方向发展。近些年来,随着人们对环境的越来越重视,各种机械设备也慢慢的在呼吁环保无公害。而交流异步电动机作为一种设备在其进行调速的过程中也应该考虑绿色环保,将噪声以及电源谐波的污染将到最低。

三、交流异步电动机的变频调速技术的应用

交流异步电动机被广泛的应用到了电气传动之中,而在其的运用中对调速原理的理解就显得十分重要,下面是交流异步电动机变频调速的技术原理以及控制方法。

(一)交流异步电动机变频调速原理。在了解交流异步电动机变频调速技术原理之前,我们需要对交流异步电动机的转速先做个大体的了解。因为交流异步电动机变频调速技术的原理是从交流异步电动机的转速方程中得出的。

1.交流异步电动机转速方程。在交流异步电动机中,往往交流的调速是通过定子与转子之间的产生的旋转磁场而实现的,在定子与转子进行旋转的时候会产生感应电流,这个电流跟磁场相互发生作用,也就产生了电磁转矩,使得电动机转动起来,产生一定的转速,也就是同步转速。一般用n0来表示。其具体的转速公式如下:

其中,f是交流电源的频率,一般设定为50Hz,p则是磁极的对数,一般来讲当p=1的时候,n0就为每分钟3000转;而当p=2的时候,则n0为每分钟1500转。通过公式我们可以看出,当磁极对数越多的时候,转速也相应越慢,而转子的实际转速n一般都会比同步转速n0慢一点,也就是所谓的异步电机,由此产生的差别会用s来表述,其公式如下:

由上面的两个公式我们就可以得出交流异步电动机的转速方程,也就是如下面所示:

2.交流异步电动机变频调速技术原理。交流异步电动机变频调速技术原理是通过交流异步电动机的转速而实现的,也就是说在交流异步电动机中,电机的转速n与电源的频率f成正比,所以在进行电机异步频率的改变中,可以通过调节输入电源的频率以及改变电机的同步转速而实现,这也就是所谓的交流异步电动机变频调速的原理。

(二)交流异步电动机变频调速技术控制方法。在交流异步电动机变频调速中最基本的控制方法则为 恒定控制。这种控制方法通过改变变频器输出电压频率与电压幅值而实现调速,让整个电机的频率保持在稳定的状态内,使得电机的效率以及功率保持恒定。并且在控制的方式上也会随着运行频率基频的不同而控制状况不同。具体来讲,主要有下面的两种控制调速状况:

1.基频以下的变频调速。基频以下的变频调速又可以成为恒磁通变频调速,这种调速是 比恒定调速在基频以下的调速,所以当频率较低的时候,定子的抗压都不能够被忽视,所以这种变频后的机械的性能应该如下图所示:

如图所示,我们可以看出,当电机向低于额定转速n0方向调速的时候,电机会保持原来的机械特征,并且转矩也会随着电机转速的下降而减小,这就会让电机的负载能力下降。这也是变频调速的缺陷的一个反应。所以往往为了提高电机的负载能力,则使用 转矩补偿法,来增强交流电动机变频调速的使用性能。

补偿法是在电机频率降低的时候,采用提高电压的方法来使得磁通量保持恒定,从而让电机的转矩能够得到回升,以此来提高电机的变频调速使用性能。一般而言,进行补偿后的电动机机械性能曲线图如下所示:

2.基频以上的变频调速。交流异步电动机基频以上的调速方式,属于恒功率的调速方式,在进行变频调速之后的机械的性能曲线图如下所示:

我们可以看出,电动机在基频以上进行调速的时候机械特性曲线工作段的斜率逐渐的增大,使得机械的特性变软。使得机械在一个比较恒定的状态下进行工作。

四、总结

通过以上对于交流异步电动机变频调速技术的分析,我们可以看出这样的一种变频调速的控制方式虽然说给电动机的调速带来了很大的方便,使得操作也变得简单,但是在其控制的过程中还是存在着低速性能差的缺陷。所以,在进行交流异步电动机变频调速中一定要加大对技术的研究,弥补这些缺憾,从而让变频调速技术变得更加完善。

参考文献:

[1]刘玲.交流变频调速技术的优势与应用[J].电气开关,2010,48(1)

[2]程林贵.交流变频调速技术的应用及注意的问题[J].中国科技博览,2010,33